제트 전투기의 항공전자 시스템 아키텍처에 관한 연구

권병국,손일원 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.1

제트 전투기의 항공전자 시스템 아키텍처 개발 경향은 서브 시스템 구성요소 기능의 디지털화, RF 센서 공유의 증가, 광섬유 채널 네트워크, 그리고 모듈화된 통합 구조이다. 5세대 제트 전투기(F-22, F-35)의 항공전자 시스템 아키텍처는 컴퓨팅 기능 통합과 RF 통합 센서 시스템 기반인 통합 모듈형 항공전자 시스템으로 발전했다. 제트 전투기의 통합 항공전자 시스템은 전투기의 전투력 향상, 내결함성 및 제어 용이성을 제공해야한다. 이를 위해 본 논문에서는 5세대 제트 전투기의 항공전자 시스템 아키텍처 분석을 통해 차세대 제트 전투기의 항공전자 시스템 아키텍처의 방향과 요구사항을 제시한다. 차세대 통합 모듈화 항공전자 시스템 아키텍처 요구사항들의 핵심 과제는 주요 구성 장치와 센서들을 항공기에 통합하는 플랫폼을 구축하는 것이라 할 수 있다. 즉, 차세대 전투기의 아키텍처는 시스템의 표준화와 개방형 인터페이스를 통한 각 서브 시스템의 센서통합, 기능요소 통합, 네트워크 통합이며 조종사와 전투기의 일체화로 고자율적 대응 및 제어능력 향상에 있다.

합성곱 신경망(CNN)을 활용한 항공 시스템의 이상 탐지 모델 연구

임현재,김태림,송종규,김범수 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회지 Vol.17 No.4

Recently, Urban Aircraft Mobility (UAM) has been attracting attention as a transportation system of the future, and small drones also play a role in various industries. The failure of various types of aviation systems can lead to crashes, which can result in significant property damage or loss of life. In the defense industry, where aviation systems are widely used, the failure of aviation systems can lead to mission failure. Therefore, this study proposes an anomaly detection model using deep learning technology to detect anomalies in aviation systems to improve the reliability of development and production, and prevent accidents during operation. As training and evaluating data sets, current data from aviation systems in an extremely low-temperature environment was utilized, and a deep learning network was implemented using the convolutional neural network, which is a deep learning technique that is commonly used for image recognition. In an extremely low-temperature environment, various types of failure occurred in the system’s internal sensors and components, and singular points in current data were observed. As a result of training and evaluating the model using current data in the case of system failure and normal, it was confirmed that the abnormality was detected with a recall of 98 % or more. 최근 미래의 운송시스템으로 도심교통항공(Urban Aircraft Mobility)이 주목받고 있으며 소형 드론도 다양한 산업에서 역할을 하고 있다. 다양한 종류의 항공 시스템 고장은 추락으로 막대한 재산 및 인명 피해로 이어질 수 있다. 항공 시스템이 많이 활용되는 무기체계에서도 고장은 임무 실패의 결과를 유발한다. 본 논문에서는 항공 시스템의 이상(Anomaly)을 탐지하여 개발 및 생산 간 시스템의 신뢰도를 높이고 운용 중 사고를 예방할 수 있도록 딥러닝 기술을 활용한 이상 탐지 모델을 연구했다. 모델 훈련 및 평가 데이터로 극저온 환경에서 시스템의 전류 데이터를 활용하였으며 이미지 인식에 많이 활용되는 딥러닝 기법 합성곱 신경망(CNN; Convolutional Neural Network)을 활용하여 딥러닝 네트워크를 구현했다. 시험 대상 시스템은 극저온 환경에서 다양한 형태의 고장이 유발되었고 전륫값의 특이점이 나타났다. 시스템 정상 및 고장 데이터를 활용하여 모델을 훈련 시키고 평가한 결과 98% 이상의 재현율(Recall)로 이상 탐지하는 것을 확인했다.

모델기반 항공기 안전성평가에 관한 연구

김주영,이동민,이병길,길기남,김경남,나종화 항공우주시스템공학회 2021 항공우주시스템공학회지 Vol.15 No.5

Personal Air Vehicle (PAV), Cargo UAS (Cargo UAS), and existing manned and unmanned aircraft are key vehicles for urban air mobility (UAM), and should demonstrate compatibility for the design of aircraft systems. The safety assessment required by for certification to ensure safety and reliability should be systematically performed throughout the entire cycle from the beginning of the aircraft development process. However, with the increasing complexity of safety critical aviation systems and the application of state-of-the-art systems, conventional experience-based and procedural-based safety evaluation methods make ir difficult to objectively assess safety requirements and system safety. Therefore, Model-Based Safety Assessment (MBSA) using modeling and simulation techniques is actively being studied at domestic and foreign countries to address these problems. In this paper, we propose a Model-Based Safety Evaluation framework utilizing modeling and simulation-based integrated flight simulators. Our case studies on the Traffic Collision Availability System (TCAS) and Wheel Brake System (WBS) confirmed that they are practical for future safety assessments. 도심 항공 모빌리티(Urban Air Mobility, UAM)의 핵심 이동수단인 개인 항공기(PAV) 및 화물 운송용 무인항공기(Cargo UAS)는 항공기 시스템의 설계 적합성과 안전성을 동시에 확보해야 한다. 이를 입증하여 형식 증명(인증)을 받으려면 안전성 분석 및 평가를 항공기 개발과정 초기부터 전체 주기에 걸쳐서 체계적으로 수행해야한다. 그러나 안전 필수 항공시스템의 복잡도가 증가하고 최첨단 시스템이 적용됨에 따라 기존의 경험기반, 절차기반의 안전성평가만으로는 항공기 시스템의 안전성을 객관적으로 평하기 어려워졌다. 이러한 문제를 해결하기 위해 국내외적으로 모델링 및 시뮬레이션 기술을 이용한 모델기반 안전성평가(Model-based Safety Assessment, MBSA)가 활발히 연구되고 있다. 본 논문에서는 비행 시뮬레이터와 타겟의 시뮬레이션 모델을 연동한 통합 비행 시뮬레이터를 활용한 모델기반 안전성평가 프레임워크를 제안하였다. 공중충돌방지시스템(Traffic Collision Avoidance System, TCAS) 과 휠 제동 시스템 (Wheel Brake System, WBS) 사례연구를 통해 제안된 프레임워크를 UAM 안전성평가에 적용 가능함을 확인하였다.

도심용 eVTOL 항공기 전기추진시스템 기준 분석 및 안전성 확보 방안에 관한 연구

김주영,유민영,권혁록,길기남,공병호,나종화,Kim, Juyoung,Yoo, Minyoung,Gwon, Hyukrok,Gil, Ginam,Gong, Byeongho,Na, Jongwhoa 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.3

도심환경에서 저공해/저소음으로 운항이 요구되는 eVTOL 항공기는 왕복행정엔진이나 터빈엔진과 같은 전통적인 추진시스템이 아닌 대부분 배터리를 이용한 전기추진시스템을 동력원으로 사용한다. 이에 따라 전기추진시스템에 대한 인증제도 마련 및 전기추진시스템의 안전성 확보방안이 중요한 이슈가 되고있다. 미국의 경우 전기추진시스템을 인증하기 위해 FAR Part 33에 준하는 특수기술기준을 발행하였고 유럽의 경우 전기추진시스템의 인증을 위해 다양한 특별조건을 제정하였다. 따라서 국내에도 미국, 유럽에 맞춰가며 eVTOL 항공기 전기추진시스템 기술기준에 대한 대비가 필요하다. 본 논문에서는 특별조건 중 전기/하이브리드 추진 시스템의 기술기준인 SC E-19를 분석하였고 기존 항공기 안전성 평가 절차인 ARP 4761에 항공기 수준에서 적용 되어야하는 SC E-19 기술기준을 적용시킴으로써 항공기에 장착하는 전기추진시스템의 안전성 확보 방안을 제안하였다. 마지막으로 Ehang 184 전기추진시스템의 사례연구를 통해 제안한 전기추진시스템의 안전성 확보 방안이 항공기 수준에서 적용 가능함을 확인하였다.

생체 모방 우주 그물을 이용한 우주 물체 포획 시뮬레이션

장미,신현철,심창훈,박재상,조해성 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.6

본 연구에서는 우주 그물의 우주 물체 포획 성능을 향상시키기 위하여 충격 흡수의 이점을 가지는 거미집 구조의 생체 모방 우주 그물을 이용한 우주 물체 포획 시뮬레이션을 수행하였다. 포획 시뮬레이션은 비선형 구조 동역학 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 수행하였다. 우주 물체는 12U 크기의 CubeSat을 강체로 모델링하였다. 거미집 구조의 우주 그물은 대각선 길이가 2.828 m이며, 탄성보 요소를 이용하여 구현하였다. 동일 중량의 정사각형 우주 그물의 포획 시뮬레이션 결과와 비교하여 생체 모방 우주 그물의 포획의 우수성을 확인하였다. 또한, 거미집 구조의 우주 그물을 이용하여 우호적 및 비우호적으로 운동하는 우주 물체를 포획하는 수치 시뮬레이션을 수행하였으며, 우주 물체의 포획 성공 및 실패 사례를 조사하였다.

위험기반 항공안전감독 시스템 적용을 통한 정비조직 제도 개선방안 연구

남승주,박유림,권상욱,황유신,윤희권 항공우주시스템공학회 2021 항공우주시스템공학회지 Vol.15 No.5

항공산업의 성장과 항공안전에 대한 대중의 관심은 안전을 저해하는 위험에 대한 근본적인 분석과 관리에 대한 필요성을 대두시켜왔다. 특히 정비산업은 항공산업의 신뢰성과 안전성을 제공하는 산업으로 위험기반의 점검·감독을 통한 안전 관리가 요구되는 사업이다. 본 연구는 ICAO 및 항공 선진국에서 활용되고 있는 항공안전감독 체계를 기반으로 국내 정비산업 환경에 적절히 적용할 수 있는 체계를 제시하였다. 구체적으로, 정비 분야에서 발생 가능한 조직 측면의 위험을 두 가지로 분류하고, 두 종류의 위험에 대한 발생 가능성과 발생 시 예상되는 심각성을 중심으로 위험을 분석한다. 본 연구는 분석된 결과를 기반으로 제한된 점검·감독 자원을 효율적으로 활용하고 안전을 체계적으로 관리할 수 있는 개선 방안을 제시한다는데 그 의의가 있다. The need for risk based safety management has been highlighted in accordance with the growth of aviation industry and public interest in aviation safety. Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) in aviation industry is defined to guarantee the safety and reliability. Therefore, state's Civil Airworthiness Authority (CAA) has established safety oversight system dedicated for the development of a healthy MRO industry. The study proposed a risk based oversight system considering Korean environment. Based on literature review including analysis of International Civil Aviation Organization guidance and advance system, we identified two organization risks. Organization complexity can be evaluated in accordance with how large the organization is and how complicated the service they provide are. Organization profile is the organization‘s characteristic related with safety. This study contributes to improving the process of identifying risk of organization and focusing surveillance capabilities on risk areas for efficient management of CAA’s resources.

위성 우주인증 테일러링을 위한 해외 시험표준서 분석

송수아,장영근 항공우주시스템공학회 2018 항공우주시스템공학회지 Vol.12 No.4

The space qualification has to be conducted by a high level of screening to ensure the design margin of devices, materials, manufacturing processes, units, modules, and subsystem or system. The space qualification according to traditional test standards proposed by US military, NASA and ESA involve high cost and tight schedule due to their conservative requirements. It is necessary to develop a space qualification guideline that is cost-efficient and schedule-optimized for the development of domestic satellites. In this study, as a basic research to develop the space qualification guideline, the articles related to space qualification in test standards document released from military and space agency have been investigated. We are planning to utilize the results as a basic database for establishing the independent tailored space qualification guideline. 일반적으로 우주인증은 높은 수준의 스크리닝을 수행하여 소자, 재료 및 제작공정, 부품, 서브시스템또는 시스템 설계에 대한 마진을 확인한다. 기존의 미국 군, 미 항공우주국(NASA) 그리고 유럽우주기구(ESA) 시험표준서의 우주인증은 보수적 요구조건에 기인해 일정과 비용 측면에서 과도한 경우가 많다. 따라서 국내위성 개발을 위해 독자적인 비용 및 일정 최적화된 우주인증지침서가 필요하다. 본 논문에서는 이러한 우주인증 가이드라인 개발을 위한 기초 연구로서 해외 군 및 우주기구 시험표준서의 우주인증 항목을 비교 분석하였다. 이를 통해 테일러링(tailoring)된 독자적 우주인증 가이드라인을 구축하기위한 데이터베이스로 사용하고자 한다.

리츠 법을 이용한 열방어 시스템 패널의 열 좌굴 특성 연구

이희수,김용하,박정선 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회지 Vol.13 No.1

초고속 비행체는 발사 및 재진입 시 공력 가열에 의해 높은 열 하중을 받는다. 초고속 비행체의 외피 구조물인 열방어 시스템 패널은 기계적으로 구속되어 있기 때문에 고온 가열 시 열 좌굴이 발생할 수도 있다. 이는 초고속 비행체의 유동장에 변화를 주어 공력특성을 불안정하게 한다. 따라서 열방어 시스템 패널은 초고속 비행에 의한 공력가열 시 비행안정성을 유지하기 위해 열 좌굴을 방지하도록 설계되어야 한다. 본 논문에서는 운용 시 안팎에 큰 온도차가 존재하는 열방어 시스템 패널에 대해 유한차분법을 사용하여 열전달 특성을 분석하였으며, 리츠 법을 사용하여 열 좌굴 특성에 대한 근사적 모델을 제안하였다. 또한 정의된 근사적 모델의 정확도를 검증하기 위해 유한요소 해석결과와 비교하였다. 마지막으로, 수립된 근사 기법을 바탕으로 열방어 시스템 패널의 좌굴 발생 온도에 대한 매개변수 분석을 수행하였다. High speed vehicles are subjected to high thermal loadings due to aerodynamic heating during ascent and reentry. Since a thermal protection system panel is mechanically constrained, it may cause thermal buckling under excessive thermal loadings. The thermal buckling could disturb the field of flow and make aerodynamic characteristics unstable. It is thus necessary to design the thermal protection system panel to prevent thermal buckling. This study defines the analytical model of temperature distribution using the finite difference method for the thermal protection system panel with large temperature differences inside and outside. This paper proposes the approximate model of the thermal buckling characteristics for the thermal protection system panel through the use of the Ritz method. The validity of the present method was verified by comparing the results of the finite element analysis. Furthermore, this research performs the parametric analysis of the thermal buckling characteristics for the thermal protection system panel by using the approximate model.

성능해석 모델을 활용한 고양력 제어시스템의 모델기반 설계 및 검증

조현준,김태주,김은수,김상범,이준원 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.2

본 논문에서는 항공기 고양력 제어시스템의 모델해석 기반 설계과정 및 검증결과를 제시한다. 이를 위하여 가장 많이 사용되는 상용 물리모델 툴 중 하나인 Matlab/Simulink를 활용하였다. 고양력 제어시스템은 기능 및 주요 에너지 흐름에 따라 전자제어, 유압구동, 그리고 기계동력전달 도메인의 3가지 도메인으로 나눌 수 있다. 우리는 이에 근거하여 주요 도메인 및 하위 부품 각각을 모델링 한 후 그것을 통합하여 전체 시스템 모델을 완성하였다. 모델링 과정에서 각각의 모델 블록은 자체 사전시험 및 부품의 수락시험 결과를 참고하여 튜닝하였으며, 결과적으로 전체 성능모델과 개발이 끝난 단위 제품 및 전체 시스템은 각각의 제품단위 시험 및 시스템 통합 성능시험을 통해 완전히 검증되었다. 마지막으로 고양력 제어시스템의 개발과정 및 결과를 요약하고 추후 과제를 제시할 것이다.

우리나라 우주개발 정부 조직체제 개선방안 연구

황진영,김종범,Hwang, Chin Young,Kim, Jong Bum 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회지 Vol.13 No.3

본 연구는 우주개발 착수 30년을 맞이하고, 한국형 발사체의 시험발사체 발사 성공을 계기로 우리나라의 우주개발 체제 현황과 문제점을 살펴보고, 향후 우주개발의 효율적 추진을 위한 정부 추진 체제의 대안을 모색하고자 한다. 미국, 프랑스, 일본 등 주요국의 우주개발 추진체계를 행정조직 중심으로 살펴보고, 그에 따른 우리나라에의 시사점을 도출하고자 한다. 우리나라의 현황 분석은 우주관련 정부조직, 우주개발전문기관, 연구관리전문기관 등 거버넌스를 바탕으로 하며, 결과적으로 우주청 등 본격적인 논의 필요성을 제시하고 있다. The purpose of this study is to explore the current status and challenges of the space development system in Korea following the successful launch of test vehicle, the Korean space launch vehicle II on the 30th anniversary of space development and seek an alternative to the government organizations for efficient space development future. The study investigates the space development system of leading countries such as USA, France, and Japan with keen focus on the administrative organizations and thereafter draw implications for Korea. The analysis of the existing situation in Korea focuses on governance, such as space-related government organizations, space development agency, and specialized research funding agency. As a result, this study proposes the need for full-scale discussion on building a space agency.